中国林科院林化所在全生物基柔性储能新材料领域取得重要进展

图：全生物基柔性储能新材料的制备及应用示意图

近日，中国林科院储富祥研究员团队在全生物基柔性储能新材料领域取得重要进展。相关成果以“Hierarchical-Heterogeneous Biogel Electrolytes Regulate Zinc Anode Interfacial Compatibility Towards Green and High-Performance Solid-State Hybrid Capacitors”为题，在线发表于国际材料科学领域顶级期刊《Advanced Materials》（IF=26.8）上。

固态锌离子混合电容器结合了电池的高能量密度和超级电容器的高功率密度，被认为是下一代储能技术的重要发展方向。然而，现有固态电解质普遍存在界面兼容性差、机械性能弱、环境友好性不足等问题，严重制约了其大规模推广与应用。

研究团队从天然高分子材料的本征结构特性出发，以单宁酸、海藻酸钠等农林生物质为原料，采用原位结晶、离子配位等策略，构建了一种具有层级异质结构的全生物基导电胶黏剂。受益于层级异质结构中聚合物相与结晶相的协同效应，该胶黏剂兼具高强韧性、温度触发强粘接、高Zn²⁺迁移数以及温度独立的离子电导等优势。受益于此，该胶黏剂表现出优异的锌阳极界面相容性，能够有效促进Zn²⁺的三维均匀扩散，并抑制枝晶生长，从而显著提升锌沉积/剥离的可逆性和循环稳定性。基于该胶黏剂组装的Zn||AC（锌||活性炭）混合电容器，表现出优异的低温适应性与长循环寿命，在-40 ℃的极低温度下仍能输出125.5 Wh·kg^-1的高能量密度，并在10000次循环后容量保持率达97.1%。此外，该胶黏剂具有良好的生物降解性与可回收性，实现了从制备、使用到废弃的全生命周期的环境友好特性。

研究团队进一步将其集成于柔性储能系统中，成功实现了对智能手机、智能手表等便携式电子设备的无线充电，展现了在户外活动中的应用潜力。与此同时，基于其温度触发强粘接特性，该胶黏剂在固沙方面亦表现出色。本研究不仅为高性能、高安全、绿色的固态锌离子储能器件提供了新材料与新思路，也拓展了生物基胶黏剂在能源存储、生态治理等多领域的应用，符合可持续发展目标，具有重要的科学意义与应用前景。

本研究得到国家自然科学基金（32301526，32494794）和院基金优青项目（CAFYBB2025QA008）的资助。林化所在读博士生王梓豪为第一作者，南静娅副研究员、陈日清研究员与王春鹏研究员为共同通讯作者。